PDF《钱新明电荷转移特性的影响》

[研究快报] CdS 敏化对 Ti O2 纳米薄膜电极光生 电荷转移特性的影响 钱新明1,

2 宋庆2 白玉白2 李铁津2 汤心颐2 董绍俊1 汪尔康1 (1.

中国科学院长春应用化学研究所电分析化学开放实验室, 长春 130022;

2. 吉林大学化学系, 长春 130023) 关键词 CdS;

敏化;

T i O

2 纳米薄膜电极;

光生电荷转移 中图分类号 O 649.

4 文献标识码 A 文章编号

025120790 (2000)

0220295203 收稿日期: 1999209213. 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 29773017) 资助. 联系人简介: 白玉白(1941 年出生) , 男, 教授, 博士生导师, 从事凝聚态光物理与光化学研究.

1991 年Gratzel 等[1 ] 以敏化的 T iO

2 纳米薄膜电极组成的液体结光电化学太阳能电池(PEC) , 其光 电转换效率( IPCE) 达到 10%. 最近, 选用固态电解质使这种 PEC 的IPCE 达到 33% [2 ] . 于是用有机染 料[3,

4 ] 及窄带隙半导体纳米微粒[5 ] 敏化的电极受到了广泛关注. 目前, 最好的有机染料为联吡啶钌化合 物.用窄带隙半导体纳米微粒(如CdS) 敏化 T iO

2 薄膜电极, 吸收带边可通过控制 CdS 微粒粒径进行 调整, 从而可能为高效 PEC 的应用开辟新的方向. 由于纳米薄膜电极在电极 电解质界面不能形成有 效的空间电荷区, 所以表面态将对光生电荷的转移产生较大影响. 本文拟研究CdS 敏化对 T iO

2 薄膜 电极表面态的影响, 并探讨敏化以后光生电荷的转移特性 .

1 实验部分 1.

1 T iO

2 纳米薄膜电极的制备 试剂均为分析纯, 使用前未经进一步纯化, 溶液用二次去离子水配 制.所有实验均在室温下进行 . T iO

2 纳米微粒按文献[6 ]的方法制备, 所得粉末分成两组, 其中一组经

350 ℃热处理

30 m in. 表 面光电压谱(SPS) 的实验装置及测试方法参见文献[7 ]. 经热处理后的粉末在超声池中重新分散到二次 去离子水中 . ITO 2T iO

2 薄膜的制备方法参照文献[8 ]. 1.

2 用CdS 纳米微粒敏化 T iO

2 纳米薄膜电极 将ITO 2T iO

2 电极在饱和 Cd (NO 3)

2 溶液中浸

1 m in, 取出后用水冲洗, 然后再浸入 0.

1 mo l L N a2S 溶液中

1 m in, 取出后再用水冲洗 . 重复上述步骤五次, 即得 CdS 敏化的 T iO

2 复合纳米薄膜电极( ITO 2T iO

2 CdS). 1.

3 光电化学实验 光电化学测定用带石英窗口的三室电解池 . 以饱和甘汞电极(SCE) 为参比电极 . 铂片为对电极, 电解质为 0.

5 mo l L N a2SO

4 溶液 . 恒电位仪为 PAR EG&

G M 173, 光源为

200 W 氙灯.X2Y 记录仪(TYPE23036) 记录瞬态光电流2时间谱 .

2 结果讨论 2.

1 ITO 2T iO 2, ITO 2T iO

2 CdS SPS 谱图1为未经热处理的 T iO

2 纳米微粒的 SPS 谱.在图 1a 中,

325 nm 的强峰为 T iO

2 价带到导带的电子跃迁, 禁带宽度为 3.

44 eV. 当外加偏置电场时(图1b) , 对 应于 T iO

2 带2带跃迁的 SPS 响应峰移到了

335 nm , 且在

380 nm 出现宽带响应峰 . 这种宽带响应归属 为TiO

2 的价带到 T iO

2 的Ti3+ 表面态能级的电子跃迁. 由于这种表面态能级向 T iO

2 导带的跃迁趋于 定域化, 光生电子2空穴不易分离, 因此只有在外加偏置电场时才能观察到这种与表面态有关的 SPS 响应 . 图2为于

350 ℃热处理

30 m in 后TiO

2 纳米微粒的 SPS 谱.在没有外加偏置电场时, 与带2带跃迁 相对应的 SPS 响应和未经热处理的样品相同, 表明热处理并没有改变 T iO